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【6h】

基于钒铁的钛钒基贮氢电极合金的制备和其电化学性能研究

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目录

声明

第一章 引言

1.1 Ni/MH电池的发展概况

1.2 Ni/MH电池的工作原理

1.3 贮氢合金电极的研究概况

第二章 文献综述及问题的提出

2.1 钛基C14型Laves相贮氢合金电极

2.2 钒基固溶体型贮氢合金电极

2.3 钛钒基贮氢电极合金

2.4合金电极的容量衰退机理

2.5 选题背景与主要研究内容

第三章 实验方法

3.1 合金成分的设计

3.2 合金的制备

3.3 合金的电化学性能测试

3.4 材料结构的表征

3.5 电化学性能测试

第四章 (Ti0.55Zr0.45)((80FeV#)0.533Mn0.15Ni0.35) x(x=3.0–4.5)电极合金的结构和电化学性能研究

4.1 合金的相结构

4.2合金的显微结构

4.3 合金的电化学性能

4.4 合金电极的动力学性能

4.5 本章小结

第五章 (Ti0.55Zr0.45)((80FeV#)0.533+xMn0.15Ni0.35)3.0(x=0.05-0.25)电极合金的结构和电化学性能研究

5.1 合金的相结构

5.2合金的显微结构

5.3 合金的电化学性能

5.4 合金电极的动力学性能

5.5 本章小结

第六章 (Ti0.55Zr0.45)((80FeV#)0.683Mn0.15Ni0.35)3.0Crx(x=0.03–0.50)电极合金结构和电化学性能研究

6.1 合金的相结构

6.2合金的显微组织

6.3 合金的电化学性能

6.4 合金电极动力学性能

6.5 本章小结

第七章 结论和展望

7.1 结论

7.2 对未来研究工作的展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间取得的研究成果

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摘要

本文在综述钛钒基贮氢合金的研究现状的基础上,结合课题组已有的研究成果,设计了一系列以商业低成本钒铁作为钒的主要原料的钛钒基贮氢合金。通过 X-射线衍射(XRD)及Rietveld精修、金相显微结构分析、恒电流充放电、电化学阻抗谱、线性极化、阳极极化等分析测试方法,研究了合金的成分、结构及电化学性能之间的关系。
  本研究主要内容包括:⑴研究了(Ti0.55Zr0.45)((80FeV#)0.533Mn0.15Ni0.35)x(x=3.0–4.5)合金的结构和电化学性能,发现了合金均由C14型Laves和钒基固溶体相组成,并随着x的增加,合金中钒基固溶体的含量增加,C14型Laves相减少。电化学研究表明,合金均具有良好的活化性能,在经过2–3次活化后就可达到最大的放电容量。在x=3.0时,合金具有最大的最大放电容量,为315 mAh/g。随着x的增大,合金的循环性能增加,经100次循环后容量保持率(C100/Cmax)从x=3.0的66%升高到了x=4.5时的84%,但合金的最大放电容量下降,在x=4.5时降为185 mAh/g。合金的电化学动力学性能随x的增加而提高。合金的放电电流为750 mA/g时合金的高倍率放电能力HRD750值从x=3.0时的53%增加到x=4.5时的68%。⑵研究了(Ti0.55Zr0.45)((80FeV#)0.533+xMn0.15Ni0.35)3.0(x=0.05–0.25)合金的结构和电化学性能,发现了合金均由C14型Laves和钒基固溶体相组成,钒铁含量的变化没有改变材料的相组成,但随着钒铁含量的增加,钒基固溶体相的含量增加,C14型Laves相的含量相应减少。随着 x的增加,合金电极的最大放电容量出现了先增加后降低的趋势,在 x=0.15的时候达到最大,为338 mAh/g;合金的循环稳定性则先下降后增加,在x=0.25时达到最高,C100/Cmax=63%。合金的高倍率性能随V-Fe含量的增加呈现出先增加后降低的变化,在x=0.15时达到最优。⑶研究了(Ti0.55Zr0.45)((80FeV#)0.683Mn0.15Ni0.35)3.0Crx(x=0.03–0.50)系列合金电极的结构与电化学性能,发现了合金均由C14型Laves和钒基固溶体相组成。随着x的增大,钒基固溶体的含量增大,C14型Laves相的含量减少,且钒基固溶体的晶粒变得粗大。合金的最大放电容量随着Cr加入量的增大而降低,在x=0.03时,合金具有最高的最大放电容量,为339 mAh/g,经100次循环后的容量保持率,C100/Cmax=59%。但合金的循环稳定性随着x的增加迅速提高,在x=0.20时,C100/Cmax=95%,但合金的最大放电容量降为265 mAh/g。合金的高倍率性能随着x的增加,先上升后下降。在充放电电流为750 mA/g时,高倍率放电能力(HRD750)从在x=0.03时的64%升高到x=0.07时的最大值71%,然后又减小到x=0.50时的57%。综合比较发现在x=0.07的时,合金具有较好的综合电化学性能。

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